金属基复合材料的发展与应用

第%)卷第!期
沈阳大学学报
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金属基复合材料的发展与应用


摘要：对金属基复合材料的分类、制造方法、性能进行了综述，阐述了国内外研究现状，提出了金属基
复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的研究方向·
关键词：金属基复合材料；增强相；基体材料；复合材料制备；颗粒增强法；纤维增强法；复合材料分类；复
合材料性能
中图分类号：<C’
’’’文献标识码：2

王倩%，高建国!，马伟民’
（%@中航一集团沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳
%%""’(；!@酒钢机械制造分公司，甘肃嘉峪关
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’@沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳
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伴随航空航天、:<业和宇宙空间技术及民用
金属基复合材料的分类
行业技术的进步，金属基复合材料获得了惊人的!
发展·在航天、机器人、核反应堆等高技术领域，镁金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化
基、铝基、钛基等轻质复合材料起到了支撑作用，
型两大类·前者指其组分能用肉眼识别和具备两
5DE晶须增强的铝基复合材料薄板用于先进战斗组分性能的材料（如双金属、包履板等）；后者需显
机的蒙皮和机尾的加强筋，钨纤维增强高温合金微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目
基复合材料可用于飞机发动机部件，石墨／铝、石标的材料·金属基复合材料一般分为铝基、镁基、
墨／镁复合材料具有很高的比刚度和抗热变形性，钢基、铁基及铝合金基复合材料等·按增强相形态
是卫星和宇宙飞行器用的良好的结构材料·的不同分为颗粒增强金属复合材料、晶须或短纤

金属基复合材料在民用工业中的应用领域十维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复
分广阔·以碳氮化物或金属间化合物颗粒为强化合材料·
剂的钢基复合材料，能明显提高强度、韧性、耐磨、
耐蚀和切削性能·不同基体材料可使复合材料具"金属基复合材料的制备方法
有耐蚀、耐磨、耐热性能，尤其是工具、模具、高温金属基复合材料的制备工艺较复杂，主要是
合金、夹具和耐磨件·用
2>!.’
或5DE
晶须或纤维金属熔点较高，需高温下操作；同时不少金属对增
强化的复合材料，耐高温和具有高强度，可用于发强体表面润湿性很差，甚至不润湿，加上金属在高
动机和泵的叶轮及模具·冶金行业用刮板及铲斗温下很活泼，易与多种增强体发生反应，通常需向
的磨损件由普通耐磨钢改为陶瓷复合材料后

，则熔体中加入能增加润湿性的活性元素或对陶瓷颗
明显提高了使用寿命·汽车制造行业!"F!#"F粒进行预处理［%$!］·虽然已经研制出不少复合工
的零件可以用碳纤维复合材料制造，可减重,"F
艺，但各自存在一些问题·本文根据增强相的不
!&"F·氧化铝增强铝合金已成功地制成镶圈，用同，分别阐述颗粒增强和纤维增强的制备方法·
于活塞环槽及顶部，以代替含镍奥氏体铸铁，不仅!"#颗粒增强金属基复合材料的制备方法
耐磨性相当好，而且还减轻重量，简化工艺和降低根据制备过程中基体的温度可将制备工艺分
成本·另外，发动机钢套、连杆、连销、刹车盘、运动为液相工艺、固相工艺和液$固两相工艺［!］·针
器材、自行车架、各种型材以及装甲车履带、轻质对不同工艺可以分出不同的制备方法·
防弹装甲车等也在使用金属基复合材料·
（%）液态金属／陶瓷颗粒搅拌铸造法·

收稿日期：!"
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基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（!"
""’!""!）；沈阳市科技攻关计划资助项目（%"(’")"*!*"(）·
作者简介：王倩（%)+"$），女，辽宁沈阳人，中航一集团沈阳飞机设计研究所；马伟民（%)(#$），男，吉林长春人，


沈阳万方数据大学教授，博士·


第9期王倩等：金属基复合材料的发展与应用88

!"#$%%$和
&’()*+最早采用搅拌法制备
,&--./，通过机械搅拌在熔体中产生涡流引入
颗粒·还可采用其他方法引入颗粒，如离心铸造
法、气流喷射分散法及零动力工艺等·许多研究者
多采用此法制备了铝基复合材料；结果显示对
!+.颗粒进行预处理有利于制备,&--./［
012］·


3’45和
67［8］采用涡流法制备了!+.%／938:;
复合材料，其颗粒分布均匀·研究结果对!+.颗粒
进行预处理有利于制备,&--./·搅拌工艺取得
最重要的突破来自于
!<+=’和
!>("/)?#开发的
6"#$@>$A工艺，使用普通的铝合金和未涂覆处理
的陶瓷颗粒，采用搅拌法引入增强相，颗粒尺寸可
小到8:!B，增强相体积分数可达9CD·6"#$@>$A
工艺在产业化进程中处于领先地位·但存在有待
解决的问题，包括搅拌过程的陶瓷颗粒偏聚、颗粒
在液体中的分散和界面反应等·

（9）熔体浸渗法·熔体浸渗工艺包括压力浸
渗和无压浸渗·利用惰性气体和机械装置作为压
力媒体将金属熔体浸渗进多气孔的陶瓷预制块
中，可制备体积分数高达C:D的复合
材料，随后
用稀释的方法降低体积分数·这种方法被广泛用
于制造
E’4’)$发动机活塞（F@9G0／短纤维／F@合
金）·但缺点是预制块的变形、微观结构不均匀、晶
粒尺寸粗大和界面反应等·
（0）固相工艺
,-法·,-（粉末冶金）

法
是最早开发制备
,&--./的工艺之一，一般包
括混粉、冷压、除气、热压和挤压过程·它的优点是
任何金属都可以作为基体材料；允许使用所有种
类的增强相；可以使用非平衡合金，如快凝合金和
快淬粉末制备大体积分数的复合材料；最大限度
地提高材料的弹性模量，降低热膨胀系数·缺点是
复杂的生产过程，产品的形状受到限制，生产成本
高等，很难在生产中获得广泛的应用·在短时间内
利用高电能和机械能快速固结金属1陶瓷混合
物，短时快速加热可以控制相转变和显微结构粗
化，这是通常其他工艺不能达到的高能高速工
艺［9］实质上也是一种,-工艺·
（2）流变铸造法·流变铸造法是对处于固1
液两相区的熔体施加强烈搅拌形成低粘度的半固
态浆液，同时引入陶瓷颗粒，利用半固态浆液的触
变特性分散增强相，但存在搅拌工艺的问题·
（C）喷射沉积技术·喷射沉积 …… 此处隐藏：14455字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……